Modélisation du comportement dynamique du système pantographe-caténaire
Institution:
Ecully, Ecole centrale de LyonDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
This study, a collaboration between ECL-SNCF-FAIVELEY TRANSPORT, proposes a mechanical model of current collection. It led to simulation software written in C++, named PACAT3D. The work includes the development of pantograph and of catenary models and numerical methods to deal with and the pantograph / catenary coupling equations. The pantograph is modelled with the help of multibody methods. Absolute nodal coordinates are used in order to simplify the definition of the joints. The non-linear damper of the pantograph has been thoroughly studied. A large experimental work has been used as a guideline for the models development and allowed their validation. The catenary is modelled by finite-elements. The non-linearity arising from the droper's release are taken into account. A study on the three dimension behaviour of the catenary has been carried out. Techniques to handle systems of equations with constraints are describe : their transform to fit with explicit integration methods, static calculus, constraint relaxation and reestablishment. Many strategies are tested in order to find out the contact force between the mobil pantograph and the discretized catenary; particulary the use of wire elements obtained through modal synthesis. An analytical method enable the validation of the pantographjcatenary coupling. It applies to the stationary response study of a moving pantograph under an infinite periodical catenary. Based upon the Fourier series decomposition of the variables expressed in the moving frame, it leads to the resolution of an eigen value problem.
Abstract FR:
Cette étude présente un modèle mécanique de captage du courant. Issue d'un partenariat ECL-SNCF-FAIVELEY TRANSPORT, elle a débouché sur la réalisation en C++ d'un logiciel de simulation, PACAT3D. Le travail comprend l'établissement des modèles de pantographe et de caténaire, des méthodes numériques de traitement des équations et de gestion du contact. La validation est effectuée expérimentalement et analytiquement. Le pantographe est représenté à l'aide des méthodes multicorps. L'utilisation des coordonnées nodales absolues simplifie la réalisation des articulations. L'amortisseur non-linéaire du pantographe fait l'objet d'une étude approfondie. Un gros travail expérimental a orienté le développement des modèles et permis leur validation. La caténaire est modélisée par éléments finis. Les non-linéarités constituées par le relâchement des pendules sont prises en compte. Une étude concernant son comportement tridimensionnel est réalisée. Les techniques de manipulation des systèmes d'équations avec contraintes associées à ces modèles sont décrites: leur adaptation aux méthodes explicites d'intégration, la réalisation de calculs statiques, la relaxation et le rétablissement d'une contrainte. Plusieurs stratégies sont envisagées pour déterminer l'effort de contact entre le pantographe mobile et la caténaire discrétisée en éléments finis, en particulier l'utilisation d'éléments de fil obtenus par synthèse modale. Une méthode analytique permet la validation du couplage pantographe/caténaire. Elle s'applique à l'étude de la réponse stationnaire d'un pantographe se déplaçant sous une caténaire infinie périodique. Basée sur la décomposition en série de Fourier des grandeurs exprimées dans le repère mobile, elle se réduit à la résolution d'un problème aux valeurs propres.